DE3033501C2

DE3033501C2 -

Info

Publication number: DE3033501C2
Application number: DE3033501A
Authority: DE
Inventors: Jiro Tominaga; Wataru Shinada; Wataru Murata; Masahiro Hikari Yamaguchi Jp Ito
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1979-09-06
Filing date: 1980-09-05
Publication date: 1987-12-17
Also published as: BE885093A; JPS5922773B2; SE8006202L; JPS5638429A; GB2060698B; DE3033501A1; US4360390A; SE448383B; GB2060698A

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von Cr enthaltendem austenitischem, rostfreiem Stahl-Stabdraht mit guten Kaltbearbeitungseigenschaften mit den Maßnahmen gemäß dem Oberbegriff von Anspruch 1.

Die Erfindung beruht auf den nachstehenden Beobachtungen: Der durch übliches Warmwalzen hergestellte Stabdraht (nachstehend auch als "Draht" bezeichnet) aus austenitischem, rostfreiem Stahl wird in großem Umfang in verschiedenen Bereichen eingesetzt, beispielsweise für Nägel, Nieten, Drahtnetze und andere verschiedene kleine Bauelemente. Bei bestimmten Anwendungsarten wird der Draht einer weiteren Kaltbearbeitung unterzogen, beispielsweise durch Drahtziehen auf die gewünschte Dicke.

Üblicher Draht wird warmgewalzt, spulenförmig gerichtet und gekühlt, jedoch weist dieser Draht so feine Kristallkörner auf, daß seine Festigkeit für weitere Kaltbearbeitung zu hoch ist. Ferner fällt Chromcarbid an den Grenzflächen der Kristallkörner aus, was zu Korrosion führen kann. Daher wird der warmgewalzte Stabdraht aus austenitischem, rostfreiem Stahl gewöhnlich auf eine Temperatur von 1050 bis 1100°C erwärmt, um die Kristallkörner auf eine geeignete Größe zu vergrößern; außerdem wird der Stabdraht einer sogenannten Lösungswärmebehandlung unterzogen, bei der sich Chromcarbid in der Matrix löst, und danach erfolgt eine Abschreckung mit anschließender Kaltbearbeitung.

Die JP-OS 96 419/75 beschreibt eine direkte Wärmebehandlung von Stabdraht, bei dem die Lösungswärmebehandlung an dem Draht erfolgt, indem die in dem Draht bei Beendigung des unmittelbar vorangehenden Warmwalzens gespeicherte Wärme ausgenutzt wird. Bei diesem bekannten Verfahren erfolgt eine Wiedererwärmung des Drahtes, dessen Temperatur etwa 1000°C beträgt und der gerade aus dem letzten Fertiggerüst des Warmwalzwerkes herausgetreten ist, auf eine Temperatur für die Lösungswärmebehandlung in einem Wiederwärmeofen vor oder hinter einem Richt- oder Glättwalzwerk; danach wird der Draht abgeschreckt. Dieses Verfahren erfordert jedoch ein erneute Erwärmung, wobei eine übliche Anordnung zur Lösungswärmebehandlung hinter der Warmwalzstrecke angeordnet ist. Daher muß während eines relativ langen Zeitraums eine Wiedererwärmung erfolgen, um die Kristallkörner des Drahtes wachsen zu lassen, damit dieser gute Kaltbearbeitungseigenschaften erhält. Dies ist jedoch nachteilig.

Demgegenüber liegt der Erfindung die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Herstellung von Cr enthaltendem austenitischem, rostfreiem Stahl-Stabdraht mit ausgezeichneten Kaltbearbeitungseigenschaften, etwa beim Drahtziehen, zu schaffen, das preiswert und mit geringem Energiebedarf durchführbar ist.

Diese Aufgabe wird durch das Verfahren gemäß Anspruch 1 gelöst.

Das erfindungsgemäße Verfahren zeichnet sich aus durch eine Beendigung des abschließenden Fertigwarmwalzens des Stabdrahtes bei einer Temperatur im Bereich der Lösungswarmbehandlung von mindestens 1050°C, Aufrechterhalten des Temperaturbereichs der Lösungswarmbehandlung, bis die Korngröße der austenitischen Kristallkörner zwischen 3,0 und 7,0 (ermittelt nach dem Japanischen Industrie-Standard JIS GO 551), d. h. zwischen 0,00098 und 0,0156 mm² beträgt und durch Abschrecken des Drahtes auf eine Temperatur unter 500°C und mit einer Kühlgeschwindigkeit, bei der kein Chromcarbid ausfällt. Dies bedeutet, daß der Draht, der beim abschließenden Fertigwarmwalzen im Temperaturbereich der Lösungswärmebehandlung bearbeitet worden ist, in diesem Temperaturbereich ohne Kühlen derart gehalten wird, daß die austenitischen Kristallkörner in geeigneter Weise zum Wachstum angeregt werden; danach erfolgt eine Abschreckung, die derart durchgeführt wird, daß kein Chromcarbid ausfällt.

Durch diese erfindungsgemäße Wärmebehandlung werden die Kaltbearbeitungseigenschaften des Drahtes, etwa zum Drahtziehen, sehr stark verbessert.

Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren erfolgt die direkte Wärmebehandlung noch bei hoher Temperatur des gerade abschließend warmgewalzten Drahtes und dabei mit der in letzter Zeit immer mehr zunehmenden, hohen Arbeitsgeschwindigkeit des Warmwalzwerkes; bei dem erfindungsgemäßen Verfahren wird die im Draht gespeicherte Wärme in so vorteilhafter Weise ausgenutzt, daß das abschließende Fertigwarmwalzen im Temperaturbereich des Lösungsglühens beendet wird, um die Korngröße der austenitischen Kristallkörner zu erhöhen, so daß der erhaltene Draht für die anschließende Kaltbearbeitung besonders geeignet ist.

Der erfindungsgemäß erhaltene Stahldraht weist ausgezeichnete Qualität auf, da die Korngröße der austenitischen Kristallkörner in geeigneter Weise eingestellt wird und da der Niederschlag von Chromcarbid beim Abschrecken so behindert wird, daß eine Verschlechterung der Korrosionsbeständigkeit im Bereich der Chromverarmung aufgrund der Ausfällung von Chromcarbid vermieden wird.

Die Erfindung wird nachstehend mit Bezug auf die anliegende Zeichnung näher erläutert. Es zeigt

Fig. 1 eine schematische, graphische Darstellung zum Vergleich der Wärmebehandlung zur Erzielung der gleichen Korngröße von Kristallkörnern in einem Draht aus austenitischem, rostfreiem Stahl gemäß der Erfindung sowie nach dem Stand der Technik,

Fig. 2 eine schematische Darstellung eines bekannten Drahtwarmwalzverfahrens,

Fig. 3 und 4 schematische Darstellungen von Einrichtungen zum langsamen und allmählichen Abkühlen nach Beendigung des Warmhaltens,

Fig. 5 und 6 schematische Darstellungen von zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens verwendeten Einrichtungen zum Warmhalten, und

Fig. 7 eine schematische Darstellung einer Einrichtung zum Lösungsglühen eines kontinuierlichen, nichtkonzentrischen, überlappenden Drahtrings auf einer Fördereinrichtung, wie sie zur Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens verwendet wird.

Da das Lösungsglühen von Cr enthaltendem austenitischem, rostfreiem Stahl gewöhnlich bei einer Temperatur oberhalb 1050°C erfolgt, soll erfindungsgemäß das Fertigwarmwalzen bei oberhalb 1050°C, vorzugsweise oberhalb 1100°C, beendet werden. In letzter Zeit wird das Warmwalzen von Draht zunehmend stark beschleunigt, wobei sich wesentlich höhere Temperaturen beim Fertigwarmwalzen ergeben. Erfindungsgemäß wird diese hohe Temperatur ausgenutzt, um das Fertigwarmwalzen im Temperaturbereich der Lösungsbehandlung zu beenden. Zum Abschließen des Fertigwarmwalzens bei hohen Temperaturen kann zusätzlich zu der Durchführung des Warmwalzens mit hoher Geschwindigkeit die Temperatur des Walzblocks vor dem Warmwalzen wesentlich höher als üblich eingestellt werden, und es ist möglich, eine Induktionsheizung zwischen den Walzgerüsten des Walzwerks vorzusehen.

Ferner können folgende Maßnahmen ergriffen werden: Halten des warmgewalzten Drahtes, dessen Fertigwarmwalzen beendet worden ist, auf der Temperatur der Lösungsbehandlung, Vergrößern der austenitischen Kristallkörner durch Steuern der Kühlgeschwindigkeit des Drahtes in einem Ofen mit gesteuerter Kühlgeschwindigkeit, der unmittelbar vor oder hinter einer Richtanordnung oder einem Glättwalzwerk angeordnet ist, Durchleiten des Drahtes durch einen Warmhalteofen, der bei einer bestimmten Temperatur im Temperaturbereich der Lösungsbehandlung gehalten wird, sowie Kombinationen der obigen Maßnahmen.

Die austenitischen Kristallkörner sollen so wachsen, daß deren mittlere Korngröße größer ist als 0,00098 mm² indem der warmgewalzte Draht durch die obigen Maßnahmen auf der Temperatur der Lösungsbehandlung gehalten wird. Wenn die Kristallkorngröße kleiner als 0,00098 mm² ist, wird die Festigkeit des Stahls so hoch, daß die Kaltbearbeitung, beispielsweise das Drahtziehen, schwierig wird. Wenn die Kristallkörner zu groß werden, ergeben sich Nachteile, wie Oberflächenfehler beim Kaltwalzen, und daher soll die mittlere Korngröße höchstens 0,0156 mm² betragen.

Nachdem die Korngröße durch Halten des Drahtes auf der Temperatur der Lösungsbehandlung in geeigneter Weise eingestellt worden ist, wird der Draht so abgeschreckt, daß beim Abkühlen kein Chromcarbid ausfällt. Falls beim Kühlen Chromcarbid ausfällt, ergibt sich in der Nähe des ausgefällten Chromcarbids ein Chromverarmungsbereich, so daß die Korrosionsbeständigkeit verschlechtert wird. Die Temperatur, bei der die Ausfällung von Chromcarbid erfolgt, beträgt gewöhnlich etwa 500 bis 700°C, so daß der Draht von oberhalb 800°C auf unterhalb 500°C abgeschreckt wird. Das Abschreckverfahren hängt vom Drahtdurchmesser und von der Wickeldichte des Drahtrings ab und wird in geeigneter Weise ausgewählt. Das Abkühlen kann beispielsweise durch übliches Gebläseluftabschrecken mit vernebelter Luft oder mit Wasser erfolgen.

Eine erfindungsgemäße Ausführungsform ist in den anliegenden Zeichnungen erläutert.

Fig. 1 zeigt in einem graphischen Diagramm die erfindungsgemäße und eine bekannte Wärmebehandlung zum Vergleich. Der Graph 1 erläutert eine erfindungsgemäße Ausführungsform, bei der der beim Fertigwarmwalzen bei 1100°C austretende Draht langsam auf 1050°C nahe dem unteren Grenzwert für die Temperatur der Lösungsbehandlung abgekühlt und anschließend abgeschreckt wird. Der Graph 2 erläutert eine andere erfindungsgemäße Ausführungsform, wobei der Draht mit 1100°C vom Fertigwarmwalzen auf 1050°C abgekühlt und dort gehalten und schließlich abgeschreckt wird. Der Graph 3 erläutert ein bekanntes Verfahren gemäß der JP-OS 96 419/75, bei dem eine Wiedererwärmung vorgenommen wird.

Wie vorstehend ausgeführt, liegt bei dem erfindungsgemäßen Verfahren die Fertigwarmwalztemperatur im Bereich der Temperatur der Lösungsbehandlung, und der warmgewalzte Draht wird durchgehend in diesem Temperaturbereich ohne Abkühlung unter die Temperatur der Lösungsbehandlung gehalten, um das Wachstum geeigneter Austenit-Kristallkörner zu bewirken; daher ist im Vergleich zu bekannten Verfahren eine Lösungsbehandlung für einen relativ kurzen Zeitraum möglich.

Fig. 2 zeigt eine bekannte Warmwalzanlage für Stabdraht. In bekannter Weise wird der Draht 4 zunächst durch das letzte Warmwalzgerüst 5 eines Warmwalzwerkes und dann durch eine Abziehwalze 6 geführt; danach wird der Draht mit Hilfe einer Wickeleinrichtung 7 zu einer Spule aufgewickelt und dann in Luft abgekühlt. Bei diesem bekannten Verfahren ist das Wachstum der austenitischen Kristallkörner gering, und an den Korngrenzflächen fällt Chromcarbid aus. Da ein derartig hergestellter Draht schlechte Kaltbearbeitungseigenschaften aufweist, ist zum weiteren Kaltbearbeiten, wie Drahtziehen, das Lösungsglühen unerläßlich.

Die Fig. 3 bis 7 zeigen bei der Durchführung des erfindungsgemäßen Verfahrens vorgesehene Einrichtungen, insbesondere zeigen die Fig. 3 und 4 Einrichtungen zum langsamen Abkühlen und die Fig. 5 und 6 Einrichtungen zum Warmhalten.

Gemäß Fig. 3 wird der aus dem letzten Warmwalzgerüst 5 des Warmwalzwerkes austretende Draht 4 mit einer Temperatur oberhalb 1100°C mit Hilfe einer Wickelvorrichtung 7 aufgewickelt und mit Hilfe einer Schubeinrichtung 9 einer Kühlgeschwindigkeits-Kontrolleinrichtung 8 zugeführt. Innerhalb der Einrichtung 8 läuft die Drahtspule kontinuierlich auf einem Förderer 10. Nachdem die Spule mit einer bestimmten Kühlgeschwindigkeit abgekühlt worden ist, wird sie auf einen Kühlförderer 11 transportiert, auf dem sie mit Hilfe einer Abschreckeinrichtung 12 abgeschreckt wird.

Bei dem Verfahren gemäß Fig. 4 wird der heiße Draht mit Hilfe der Wickelvorrichtung 7 zu einer nichtkonzentrischen, überlappenden Endlosschleife aufgewickelt und auf einem Förderer 10 transportiert, der direkt mit der Kühlgeschwindigkeit-Kontrolleinrichtung 8 verbunden ist; danach erfolgt die Abschreckung des schleifenförmigen Drahtes mit Hilfe der Abschreckeinrichtung 12.

Gemäß Fig. 5 wird die bei hoher Temperatur aufgewickelte Drahtspule rasch zu einem Warmhalteofen 14 befördert, wo sie für einen bestimmten Zeitraum warmgehalten wird; danach wird die Drahtspule an einen Kühlförderer 11 übergeben und mit Hilfe der Abschreckeinrichtung 12 abgeschreckt. Vorzugsweise ist eine adiabatische Abdeckung 13 zwischen der Wickelvorrichtung 7 und dem Warmhalteofen 14 angeordnet, um eine Absenkung der Drahttemperatur unter 1050°C zu verhindern.

Bei der erfindungsgemäßen Ausführungsform nach Fig. 6 wird der Draht zu einer nichtkonzentrischen, überlappenden Endlosschleife auf dem Förderer 10 aufgewickelt; danach passiert die Drahtspule die adiabatische Abdeckung 13, bewegt sich dann zum Warmhalteofen 14 und wird schließlich durch die Abschreckeinrichtung 12 abgeschreckt.

Gemäß Fig. 7 wird aus dem Draht eine nichtkonzentrische, überlappende Endlosschleife auf dem Förderer 10 gebildet, und bei der kontinuierlichen Förderung der Drahtschleife auf dem Förderer 10 erfolgt die Lösungswärmebehandlung. Dieses Verfahren kann bei jeder Langsamkühlung gemäß Fig. 4 oder beim Warmhalten gemäß Fig. 6 angewendet werden.

Beim allmählichen und langsamen Abkühlen wird die Kühlgeschwindigkeit durch die gemeinsame Verwendung von Abdeckung 15 und Ofen 16 oder durch den Ofen 16 allein gesteuert. Beim Warmhalten wird die Abdeckung 15 durch die adiabatische Abdeckung ersetzt, und der Ofen wird als Warmhalteofen verwendet. Der Draht, der allmählich und langsam abgekühlt oder warmgehalten worden ist, wird in einem Abschreckbehälter 17 abgeschreckt. Als Kühlmittel können bei den Ausführungsformen gemäß Fig. 3 bis 6 Wasser oder Druckluft oder beides eingesetzt werden; bei dem Verfahren gemäß Fig. 7 kann ferner ein Salzbad benutzt werden.

Bei den Ausführungsformen gemäß Fig. 5 bis 7 ist die adiabatische Abdeckung 13 so lange nicht erforderlich, wie sich die Temperatur des Drahtes nicht auf 1050°C erniedrigt.

In den Beispielen gemäß Tabelle II sind die Behandlungsmaßnahmen sowie die mechanischen Eigenschaften von SUS 304-Draht (rostfreier Stahl nach JIS) mit 5,5 mm Durchmesser und der chemischen Zusammensetzung gemäß der Tabelle I aufgeführt:

Tabelle I

Chemische Zusammensetzung (Gew.-%)

Die in Tabelle II aufgeführten Beispiele 1 bis 8 beziehen sich auf erfindungsgemäß hergestellte Drähte; bei den Beispielen 1 bis 4 wurde der Draht fertigwarmgewalzt und anschließend allmählich und langsam auf den Temperaturbereich für die Lösungsbehandlung abgekühlt; bei den Beispielen 5 bis 8 wurde der Draht auf einer bestimmten Temperatur im Bereich der Lösungsbehandlungstemperatur warmgehalten.

Die Beispiele 9 bis 16 beziehen sich auf nach bekannten Verfahren durch direkte Wärmebehandlung hergestellte Drähte. Bei dem Beispiel 17 wird ein üblicher, warmgewalzter Draht unabhängig vom Warmwalzen der Lösungsbehandlung unterworfen; dieses Verfahren ist im wesentlichen in Fig. 2 dargestellt. Bei Beispiel 18 erfolgte keine Lösungsbehandlung.

Wie sich aus Tabelle II ergibt, hat der erfindungsgemäß hergestellte Draht aus austenitischem, rostfreiem Stahl die gleiche Qualität wie der in üblicher Weise lösungsbehandelte Draht.

Beim Stand der Technik, bei dem die Temperatur bei Beendigung des Warmwalzens so gering ist, daß die Lösungsbehandlung durch Wiedererwärmen erfolgt, muß über einen relativ langen Zeitraum erwärmt werden, um eine gewünschte mittlere Kristallkorngröße von mindestens 0,00098 mm² zu erzielen; daher ist dieses Verfahren nicht zur direkten Wärmebehandlung geeignet, da ein großer Zeitraum erforderlich ist, bis die Temperatur des Drahtes die Temperatur der Lösungsbehandlung erreicht.

Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren kann der Draht aus austenitischem, rostfreiem Stahl der Lösungsbehandlung unterworfen werden, um die gewünschte Kristallkorngröße zu erzielen; dies kann kontinuierlich auf der Warmwalzstrecke während eines relativ kurzen Zeitraums erfolgen, wobei der erhaltene Draht ausgezeichnete Kaltbearbeitungseigenschaften aufweist, die mindestens gleich denen eines Drahtes sind, der in bekannter Weise durch getrenntes Wiedererwärmen lösungsbehandelt worden ist.

Claims

1. Verfahren zur Herstellung von Cr enthaltendem austenitischem, rostfreiem Stahl-Stabdraht mit guten Kaltbearbeitungseigenschaften durch Warmwalzen, anschließende Lösungswärmebehandlung unter Ausnutzung der bei Beendigung des Warmwalzens im Stabdraht gespeicherten Wärme und Abschrecken des Stabdrahtes, dadurch gekennzeichnet,

a) daß das Warmwalzen in einem zur Lösungswärmebehandlung des Stabdrahtes geeigneten Temperaturbereich von mindestens 1050°C beendet wird,
b) daß die Temperatur des Stabdrahtes nach dem Warmwalzen durchgehend im Temperaturbereich der Lösungswärmebehandlung von mindestens 1050°C solange gehalten wird, bis die Korngröße der austenitischen Kristallkörner im Stabdraht zwischen 0,00098 und 0,0156 mm² beträgt, und
c) daß der Stabdraht anschließend mit einer Kühlgeschwindigkeit, bei der kein Chromcarbid ausfällt, auf eine Temperatur unter 500°C abgeschreckt wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Warmwalzen bei einer Temperatur von mindestens 1100°C beendet wird.